基于数值模拟的奥氏体不锈钢管材热挤压模具和工艺优化

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1、江苏大学硕士学位论文摘要热挤压是优质高性能奥氏体不锈钢管材的先进生产工艺。热挤压模具结构和工艺参数对管材质量、挤压能耗和模具寿命都有十分重要的影响。挤压模具结构和工艺参数的优化设计已经成为提高产品质量、降低生产成本的主要途径。随着计算机技术的发展，数值模拟己逐渐成为塑性成形模具、工艺分析及优化设计的有效工具。本文围绕AISl304奥氏体不锈钢典型规格管材，进行了管材热挤压模具结构和工艺的初步设计，并在此基础上建立了管材热挤压的数值模拟模型。利用有限元模拟软件DEFORM．2D，对奥氏体不锈钢管材余弦曲线凹模热挤压过程进行了热力耦合数值模拟，获得了应变、应力、速度、温度和挤压载荷．行

2、程曲线、模具温度场、表面磨损等详细信息，分析了管材挤压过程中的金属变形规律。结合正交试验设计、数值模拟和灰色关联分析，针对AISl304奥氏体不锈钢典型规格管材，在断面缩减率不变的情况下，选择模具型腔类型、型腔高度、挤压速度和变形温度四个设计变量，以最小挤压载荷和变形均匀性为目标，进行了管材热挤压模具和工艺的单目标和多目标优化设计。对最小挤压载荷单目标而言，变形温度的影响高度显著。当变形温度为1175℃，挤压速度为200mm／s，采用三次曲线型腔且型腔高度为50mm的模具时，挤压载荷最小；对变形均匀性而言，挤压速度和变形温度的影响高度显著。当变形温度为1150。C，挤压速度为100

3、mm／s，采用三次曲线型腔且型腔高度为50mm的模具时，变形最均匀；综合考虑挤压载荷和变形均匀性时，优化的模具结构和工艺参数是：变形温度1150℃，挤压速度100mm／s，模具型腔采用三次曲线且型腔高度为50mm。针对应用广泛的中间带大孔高颈奥氏体不锈钢法兰类零件传统锻造工江苏大学硕士学位论文艺的不足，提出了一种利用管坯直接镦挤法兰的新工艺，并借助DEFORM．3D软件对AISl304奥氏体不锈钢法兰锻件的管坯镦挤成形过程进行了数值模拟，结果表明了该工艺的可行性。本文取得的结论和成果，对实际生产有一定的指导意义和参考价值。关键词：奥氏体不锈钢管，热挤压，数值模拟，优化设计，镦挤Ⅱ江

4、苏大学硕士学位论文ABSTRACTHotextrusionistheadvancedproductionprocessforhigh—performanceausteniticstainlesssteelpipes．Thediestructureandprocessparametersofhotextrusionhaveagreatinfluenceonthepipesquality,extrusionenergyanddielife．Theoptimizationofdiestructureandprocessparametershasbecomethemainapproache

5、sforimprovingproductqualityandreducingproductioncost．Withthedevelopmentofcomputertechnology,numericalsimulationhasbecomeaneffectivetoolfordiesandprocessanalysisandoptimumdesignofthemetalplasticforming．ThepreliminarydesignofhotextrusiondiestructureandprocessforthetypicalpipespecificationAISl304

6、werecarriedout，basedonwhichthenumericalsimulationmodelforhotextrusionwasestablishedaswell．ThehotextrusionprocesswithcosinecurvediecavitywasanalyzedcouplingdeformationandheattransferbythefiniteelementsoftwareDEFORM-2D．Throughthesimulation，thedetaileddistributionsuchasstrainfield，stressfield，vel

7、ocityfield，temperaturefield，aswellastheload—strokecalves，temperaturefieldandwearofdieswereobtained．InordertoreduceextrusionloadandimprovedeformationuniformityofAISl304pipes，withthesameareareductionratio，theimportantdiestructureandproces